《基于Lab View的电子秤设计》课设报告书学院：机电学院学号：姓名：同组人：指导老师：提交日期：2017 年 6 月12 日目录一、概述 (1)二、功能需求分析 (1)三、系统设计 (1)四、技术实现 (12)五、课程设计问题及解决方法 (13)六、心得体会 (13)一、概述电阻应变片是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化。

可直接作为测量传感元件，将电阻应变片接成电桥形式，当钢梁受到外力产生形变时，电桥内各电阻值将发生变化，产生相应的不平衡输出。

本次课程设计的目的，是掌握传感器的组成和基本原理、基本概念和分析方法、并具备构造、调试和工程设计传感器的能力。

了解labview软件的使用方法，并利用软件构建信号分析程序和前面板。

二、功能需求分析（1）量程0～1.5Kg，应变式传感器的结构设计；（2）电路设计，差分放大电路；（3）程序设计，包括信号处理程序和前面板。

三、系统设计其电路构成主要有测量电路，差动放大电路。

其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。

电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。

而差动放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足NI数据采集卡的输入要求，将信号输入进电脑进行进一步分析。

原理流程图如下：1、测量电路电阻应变式传感器简称电阻应变计。

当将电阻应变计用特殊胶剂粘在被测构件的表面上时，则敏感元件将随构件一起变形，其电阻值也随之变化，而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系，进而通过相应的二次仪表系统即可测得构件的变形。

通过应变计在构件上的不同粘贴方式及电路的不同联接，即可测得重力、变形、扭矩等机械参数本次设计采用的是全桥测量电路，电阻应变式传感器就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化 , 再经相应的测量电路而最后显示或记录被测量值的变化。

在这里，我们用电阻应变式传感器作为测量电路的核心。

并应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围。

全桥电路原理如图：图1 全桥电路原理图)RR R R R R R R R R R R (E U g ∆++∆-∆--∆++∆+∆+=434212 可设定R 1=R 2=R 3=R 4，此时：RR E U g ∆= 这就是电阻桥式电路的输出，也就是由压力转换而来的电信号,计算验证，全桥电路的灵敏度是单臂电桥的四倍。

电阻应变片的电阻变化范围为0.0005—0.1欧姆。

所以测量电路应当能精确测量出很小的电阻变化，在电阻应变传感器中做常用的是桥式测量电路。

桥式测量电路有四个电阻，电桥的一个对角线接入工作电压E ，另一个对角线为输出电压Uo 。

其特点是：当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，否则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。

2．放大电路：①电路的选择考虑到本次课设所制作的电子称传感器输出电压非常小，灵敏度为1.0±0.15mV/V。

因此我们选用仪表放大电路，也是差分放大的一种。

电路原理图如下：其中，在电阻满足条件R1=R2，R3=R4，R5=Rf时，增益G与阻值的关系为：G=(1+2R1/Rg)Rf/R3②电路的特点与优势●高共模抑制比共模抑制比(CMRR) 则是差模增益( A d) 与共模增益( Ac) 之比,即:CMRR = 20lg | Ad/ Ac | dB ;仪表放大器具有很高的共模抑制比，CMRR 典型值为 70～100 dB 以上。

●高输入阻抗要求仪表放大器必须具有极高的输入阻抗，仪表放大器的同相和反相输入端的阻抗都很高而且相互十分平衡，其典型值为 10^9～10^12Ω.●低噪声由于仪表放大器必须能够处理非常低的输入电压，因此仪表放大器不能把自身的噪声加到信号上，在 1 kHz 条件下，折合到输入端的输入噪声要求小于 10 nV/ Hz.●低线性误差输入失调和比例系数误差能通过外部的调整来修正，但是线性误差是器件固有缺陷，它不能由外部调整来消除。

一个高质量的仪表放大器典型的线性误差为 0. 01 % ，有的甚至低于 0. 0001 %.●低失调电压和失调电压漂移仪表放大器的失调漂移也由输入和输出两部分组成，输入和输出失调电压典型值分别为100μV 和2 mV.●低输入偏置电流和失调电流误差双极型输入运算放大器的基极电流,FET 型输入运算放大器的栅极电流，这个偏置电流流过不平衡的信号源电阻将产生一个失调误差。

双极型输入仪表放大器的偏置电流典型值为1 nA～50 pA ；而 FET 输入的仪表放大器在常温下的偏置电流典型值为 50 pA.●充裕的带宽仪表放大器为特定的应用提供了足够的带宽，典型的单位增益小信号带宽在 500 kHz～4 MHz 之间。

电路的仿真本小组中我主要负责硬件的设计与制作。

仿真使用Multisim软件。

其中OP07在Multisim12.0中存在bug，芯片接上双极性电源反而不能正常工作。

仿真电路图如下：电路中运放器选择OP07，OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。

由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。

OP07管脚图仿真结果当激励为2mv时，此时滑动变阻器接入阻值80Ω，电路增益G为G=（1+2R1/R8）（Rf/R3）G=（1+20000/80）×（10000/5000）=502图中输入电压分别为2mv与20mv，输出分别为1v与9.78v，基本与计算相符。

以下为电路板焊接图片：bview软件NI公司提供的labview软件是一种简单易学的模拟软件，通过连接数据采集卡，即可实现信号的采集与处理。

本次的程序分为三大部分：数据采集、数据处理、数据输出。

（1）数据采集数据采集部分主要用到了DAQ助手。

通过DAQ助手，labview可以实现由NI数据采集卡采集信号，并可自由设定采样频率，待采样数据，采样模式等。

（2）数据处理由于放大电路稳定性低和其他设备造成的干扰，NI数据采集卡所采集的数据混有大量的杂波（频率约为50hz）。

所以我们先将输入信号通过了一个低截止频率为10hz的低通滤波器。

滤波之后的信号虽然减少了杂波影响，但滤波器的上升沿导致了大幅度的数据波动。

所以，采用数组的方式，取出示波器平稳的部分。

将波形转化为数组取出数组中平稳的数据（从第200个之后去600个）求均值数据处理环节整体为（3）输出数据测量所得的力大小用数字显示模块和量表显示为了更清晰地表现出数据处理得出的结果，在滤波前后，数组后添加了三个波形图。

整体程序为前面板为四、技术实现如图连接电路，传感器激励选择10v，传感器输出端接入放大电路输入端，芯片双极型电源接入±15v，放大电路输出端接入采集卡。

采集卡连接电脑。

电脑运行Labview软件。

测试时前面板，可以看到各级数据处理后信号的结果。

测试数据：灵敏度：1格/kg最大非线性误差：0.036线性度0.0072零点漂移：0.004五、课程设计问题及解决方法1.传感器会受温度影响，可以接入温度补偿模块减少温度影响。

2.波形的上升沿不能消除。

请教老师后，我们用Labview通过数组，筛选，取均值的方式，成功的提取处理我们需要的数据。

3.最终Labview处理数据还有可以优化，数据波动比较大。

六、心得体会在该次课程设计中，我收获颇丰。

我第一次学会了labview这个功能强大的软件的应用。

为以后的学习工作铺开了一条崭新的道路。

在这次课设的过程中，我主要负责程序的编写。

本来我并不善于编程，但是为了一组的整体成果，我还是尽力完成了任务。

编写程序的过程中我也遇到了不少的困难，首先就是根本没有接触过labview这个软件，对它里面的各种模块和指令完全摸不着头脑。

后来通过看帮助和在网上找教程，我还是一点一点地把程序写了出来。

在时间测试中，我们发现采集的数据并不是十分完善，总有不小的误差。

在请教老师后，我们才知道这是滤波器上升沿的影响。

马老师的耐心指导下，我们学会了用数组的方式取出了示波器的平稳阶段，大大地降低了系统误差。

通过这次电子秤的设计，我在多方面都有所提高。

通过这次电子秤设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次应变传感器电子秤设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，以及动手能力。

巩固了测试技术课程所学的内容，掌握了传感器元件的使用方法，提高了计算能力，编程能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。

参考文献[1]熊诗波. 机械工程测试技术基础. 北京：机械工业出版社，2007.[2]秦曾煌. 电工学. 北京：高等教育出版社，2006.[3]陈树学. Labview宝典. 北京：电子工业出版社，2012.。